JP4070630B2 - 永久磁石式リラクタンス型回転電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を複合した永久磁石式リラクタンス型回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式リラクタンス型回転電機は、磁束が通り易い部分（ｄ軸と称する）と磁束が通り難い部分（ｑ軸と称する）とが形成され（所謂磁気的凹凸が形成され）、且つ、永久磁石を有する回転子を備えており、回転子は、固定子巻線が施された固定子内に配置されている。そして、回転子においては、磁気抵抗の小さい部分（ｄ軸）では空隙磁束密度が高く、磁気抵抗の大きい部分（ｑ軸）では空隙磁束密度が小さくなり、この磁束密度の変化によってリラクタンストルクが発生し、又、永久磁石と固定子の磁極との間の磁気吸引力および磁気反発力によってもトルクが発生する。
【０００３】
図２０および図２１は従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子の一例を示すもので、８極の場合ある。即ち、図２０において、回転子１００は、円環状の多数の珪素鋼板を積層してなる回転子鉄心１０１を有する。回転子鉄心１０１の外周部には、略長方形の一対の磁石挿入孔部１０２、１０２が形成されており、この一対の磁石挿入孔部１０２、１０２に永久磁石１０３、１０３が挿入固定されている。更に、回転子鉄心１０１の外周部には、一対の永久磁石１０３、１０３間に位置して空洞部１０４が形成されており、この空洞部１０４は、略三角形状をなしている。そして、回転子１００において、一対の磁石挿入孔部１０２、１０２および永久磁石１０３、１０３並びに空洞部１０４が設けられた部分が磁束の通り難い磁気的凹部（ｑ軸）であり、磁気的凹部１０５、１０５間の部分が磁極たる磁束の通り易い磁気的凸部（ｄ軸）１０６である。この回転子１００は、固定子巻線が施された図示しない固定子内に配置されるようになっている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３９９２２号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、回転子鉄心１０１には、図２１に示すように、一対の磁石挿入孔部１０２、１０２の内周側端部間に位置してブリッジ部１０７が必然的に形成されるとともに、一対の磁石挿入孔部１０２、１０２の外周側端部と外周との間に位置してチップ部１０８が必然的に形成されるが、永久磁石１０３の磁束がこのブリッジ部１０７、チップ部１０８を通ってＮ極からＳ極に漏洩することによる性能の低下を防止するため、ブリッジ部１０７、チップ部１０８の幅寸法はできるだけ小になるように設定されている。しかしながら、ブリッジ部１０７、チップ部１０８の幅寸法が小に設定されると、回転子１００が回転して部分１０５に遠心力が作用したときに、ブリッジ部１０７、チップ部１０８に応力が集中して遠心力強度が維持できなくなる問題がある。
【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、永久磁石の磁束漏洩による性能の低下を防止しながらも、遠心力強度も維持することができる永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、固定子巻線を有する固定子と、両端部に端板を備えた回転子鉄心を有する回転子とを具備し、前記回転子は、前記回転子鉄心の外周部に外周に向かうに従って対向距離が順次大となるように設けられた一対の磁石挿入孔部と、これらの一対の磁石挿入孔部に挿入固定された永久磁石と、前記回転子鉄心に前記一対の永久磁石間に位置して設けられた空洞部と、この空洞部に挿通され、端部が前記回転子鉄心の両端板により規制される断面楕円形又は断面略三角形をなす支持棒とを備え、前記空洞部の縁部は、複数点で支持棒に支持されるようになっていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、ブリッジ部およびチップ部の幅寸法を小にして磁束漏洩による性能低下を防止しながらも、支持棒により遠心力強度を維持することができ、強度の信頼性の向上を図ることができる。
【０００９】
更に、支持棒は、断面楕円形又は断面略三角形をなし、空洞部の縁部は、複数点で支持棒に支持されるようになっていることを特徴とする。このような構成によれば、支持棒による支持が安定し、一層強度の信頼性の向上を図ることができる。
【００１０】
請求項２記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、固定子巻線を有する固定子と、両端部に端板を備えた回転子鉄心を有する回転子とを具備し、
前記回転子は、前記回転子鉄心の外周部に外周に向かうに従って対向距離が順次大となるように設けられ、内周側端部に内周方向に延びる内周側補助孔部を有し且つ外周側端部に外周側に延びる外周側補助孔部を有する一対の磁石挿入孔部と、これらの一対の磁石挿入孔部に挿入固定された永久磁石と、前記回転子鉄心に前記一対の永久磁石間に位置して設けられた空洞部と、前記内周側補助孔部に挿通され、端部が前記回転子鉄心の両端板により規制される支持棒とを備えて構成されていることを特徴とする。
このような構成によっても、請求項１と同様の作用効果が得られる。
【００１１】
請求項３記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、固定子巻線を有する固定子と、両端部に端板を備えた回転子鉄心を有する回転子とを具備し、
前記回転子は、前記回転子鉄心の外周部に外周に向かうに従って対向距離が順次大となるように設けられ、内周側端部に内周方向に延びる内周側補助孔部を有し且つ外周側端部に外周側に延びる外周側補助孔部を有する一対の磁石挿入孔部と、これらの一対の磁石挿入孔部に挿入固定された永久磁石と、前記回転子鉄心に前記一対の永久磁石間に位置して設けられた空洞部と、前記外周側補助孔部に挿通され、端部が前記回転子鉄心の両端板により規制される支持棒とを備えて構成されていることを特徴とする。
このような構成によっても、請求項１と同様の作用効果が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。
まず、図３および図４は、永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子の一例を示すもので、８極の場合ある。ここで、図３は、径方向断面図、図４は縦断側面図である。
【００１３】
回転子１は、円環状の多数の珪素鋼板を積層してなる回転子鉄心２を有する。回転子鉄心２の外周部には、外周に向かうに従って対向距離が順次大となる略長方形の一対の磁石挿入孔部３、３が形成されており（従って、一対の磁石挿入孔部３、３は、外周側からみてハ字形になっている。）、この一対の磁石挿入孔部３、３に永久磁石４、４が挿入されて接着により固定されている。この場合、磁石挿入孔部３、３には、内周側端部に内周方向に延びる内周側補助孔部３ａ、３ａが形成され、且つ、外周側端部に外周側に延びる外周側補助孔部３ｂ、３ｂが形成されており、内周側補助孔部３ａ、３ａ間が幅寸法の小なるブリッジ部５とされ、外周側補助孔部３ｂ、３ｂと外周との間が幅寸法の小なるチップ部６、６とされている（図１参照）。そして、内周側補助孔部３ａおよび外周側補助孔部３ｂには、外周方向に突出して永久磁石４の端面に係止される係止突起３ｃおよび３ｄが形成されている。
【００１４】
更に、回転子鉄心２の外周部には、一対の永久磁石４、４間に位置して空洞部７が形成されており、この空洞部７は、一対の永久磁石４、４に平行な二辺部と外周に沿う辺部とを有する略三角形状をなしている。そして、回転子１において、一対の磁石挿入孔部３、３及び永久磁石４、４並びに空洞部７が設けられた部分が磁束の通り難い磁気的凹部（ｑ軸）８であり、磁気的凹部８、８間の部分が磁束の通り易い磁気的凸部（ｄ軸）９である。そして、回転子鉄心２の内周には、１８０度の間隔を存して２個のキー１０が軸方向に延びるようにして形成されている。なお、回転子鉄心２の両端部には円環状をなす端板１１、１２（図４参照）が配置されている。
【００１５】
さて、回転子鉄心２における各磁気的凹部８の空洞部７には、断面円形をなす金属製の支持棒１３（この実施例では合計８本）が挿通されており、その支持棒１３の両端部は、端板１１、１２の一側面に形成された円形の支持凹部１１ａ、１２ａ（図４参照）に嵌合支持されている。すなわち、支持棒１３の両端部と支持凹部１１ａ、１２ａとの間には、隙間が形成されている。
【００１６】
図４に示す回転軸１４において、外周の途中部位には、鍔部１５が一体に形成され、外周の鍔部１５から一方の端部（図４では左端部）にかけて前記２個のキー１０に対応して２個のキー溝１６が形成され、そして、左端部の外周には、ねじ部１７が形成されている。
【００１７】
ここで、回転軸１４に回転子鉄心２、端板１１、１２および支持棒１３を組み込み固定する手順について述べる。まず、回転軸１４に端板１１をその左端部側から嵌め込んで鍔部１５に当接するまで移動させる。次に、回転軸１４に回転子鉄心２を、そのキー１０をキー溝１６に合致させながら嵌め込んで右端部が端板１１に当接するまで移動させる。しかる後、各空洞部７に支持棒１３を挿通してその右端部を端板１１の支持凹部１１ａに嵌合支持させる。そして、回転軸１４の左端部に端板１２を嵌め込んで支持凹部１２ａを支持棒１３の左端部に嵌合させ、しかる後、回転軸１４のねじ部１７にワッシャ１８を介してナット１９を螺合させて締め付け、以て、回転子１の組立てを完了する。なお、上記場合において、回転子鉄心２と支持棒１３の組み立て順序は逆でもよい。
【００１８】
図４においては、図１ないし図３とは、支持棒１３の位置、キー１０の位置がが異なるが、これは、支持棒１３と支持凹部１１ａ、１２ａとの関係およびキー１０とキー溝１６との関係がわかり易いように抽象的に示したものである。
【００１９】
しかして、回転子１は、固定子巻線が施された図示しない固定子内に配置されるようになっている。回転子１には、磁束が通り難い磁気的凹部（ｑ軸）８と磁束が通り易い磁気的凸部（ｄ軸）９とが形成されているので、これらの磁気的凹部８及び磁気的凸部９上の空隙部分で、固定子巻線に電流を流すことにより蓄えられる磁気エネルギーが異なり、この磁気エネルギーの変化によりリラクタンストルクが発生する。また、回転子１には、永久磁石４、４も設けられているので、永久磁石４、４と固定子の磁極との間の磁気吸引力及び磁気反発力によってもトルクが発生する。これにより、回転子１が回転するようになる。
【００２０】
回転子１が回転すると、磁気的凹部８に遠心力が作用し、支持棒１３の両端部が端板１１、１２の支持凹部１１ａ、１２ａに規制されて保持される。また、磁気的凹部８への遠心力の作用により、磁気的凹部８の鉄心が変形し或いは変形しようとして空洞部７の縁部たる内周側二辺部が支持棒１３に支持されるようになる。すなわち、空洞部７の辺部は、図２に示すように、支持棒１３に複数点たる二点の支持点Ｓ１、Ｓ１で支持されるようになる。この場合、支持棒１３の外周側面部と空洞部７の外周側辺部との間には隙間２０（図２参照）が形成されている。
【００２１】
このように本実施例によれば、磁束漏洩による性能低下を防止するためにブリッジ部５およびチップ部６の幅寸法を小にしても、支持棒１３により空洞部７の辺部が支持されるので、ブリッジ部５およびチップ部６へ応力集中を防止することができて、遠心力強度を維持することかでき、強度の信頼性の向上を図ることができる。しかも、磁気的凹部８の空洞部７の辺部は支持棒１３に二点の支持点Ｓ１、Ｓ１で支持されるので、一層強度の信頼性の向上を図ることができる。しかも、支持棒１３の外周側面部と空洞部７の外周側辺部との間には空隙２０が形成されるようになっているので、支持棒１３設けるようにしても磁気的凹部８の磁気特性に影響を与えることはない。
【００２２】
（第２の実施例）
図５は本発明の第２の実施例であり、上記第１の実施例（図２）と異なるところは、支持棒１３の代わりに断面楕円形をなす金属製の支持棒２１が設けられた点にあり、したがって、端板１１、１２の支持凹部１１ａ、１２ａも楕円形の支持凹部に変更される。その他の構成は、第１の実施例と同様である。
このような構成によれば、磁気的凹部８における空洞部７の内周側の辺部は、支持棒２１に複数点たる二点の支持点Ｓ２、Ｓ２で支持されるが、二点の支持点Ｓ２、Ｓ２間の距離は、第１の実施例の支持点Ｓ１、Ｓ１間の距離よりも大であるので、より安定した支持を行なうことができて、遠心力強度を維持することができ、強度の信頼性のより一層の向上を図ることができる。
【００２３】
（第３の実施例）
図６は本発明の第３の実施例であり、前記第１の実施例（図２）と異なるところは、支持棒１３の代わりに空洞部７と相似形をなす断面略三角形をなす金属製の支持棒２２が設けられた点にあり、したがって、端板１１、１２の支持凹部１１ａ、１２ａも略三角形の支持凹部に変更される。その他の構成は、第１の実施例と同様である。
このような構成によれば、磁気的凹部８における空洞部７の内周側の辺部は、支持棒２２に多数点の支持点Ｓ３……で支持されるので、より一層安定した支持を行なうことができて、遠心力強度を確実に維持することができ、強度の信頼性の格別な向上を図ることができる。
【００２４】
（第４ないし第６の実施例）
図７は本発明の第４の実施例であり、前記第１の実施例（図２）と異なるところは、回転子鉄心２に、空洞部７の代わりに円形状の空洞部２３が形成されており、したがって、空洞部２３の縁部は支持棒１３に１点の支持点Ｓ４で支持されている。
図８は本発明の第５の実施例であり、前記第２の実施例（図５）と異なるところは、回転子鉄心２に、空洞部７の代わりに菱形状の空洞部２４が形成された点にある。
図９は本発明の第６の実施例であり、上記第５の実施例（図８）と異なるところは、支持棒２１の代わりに支持棒１３が設けられた点にある。
これらの第４ないし第６の実施例によっても上述して実施例と略同様の効果が得られる。
【００２５】
（第７の実施例）
図１０は本発明の第７の実施例であり、前記第１の実施例（図３）と異なるところは、キー１０の位置より９０度ずれた位置の磁気的凸部９を挟む磁気的凹部８、８（合計４箇所）の空洞部７に支持棒２１を挿設した点にある。
この第７の実施例によれば、４本という数少ない支持棒２１を設けるだけで第１の実施例と同様の効果を得ることができるとともに、回転バランスを保つことができる。
【００２６】
（第８の実施例）
図１１は本発明の第８の実施例であり、前記第１の実施例（図３）と異なるところは、８箇所の磁気的凹部８のうちの一つ置きの４箇所の磁気的凹部８の空洞部７に支持棒２１を挿設した点にある。
この第８の実施例によっても上記第７の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
（第９の実施例）
図１２は本発明の第９の実施例であり、前記第１の実施例（図１）と異なるところは、磁気的凹部８における磁石挿入孔部３、３の内周側補助孔部３ａ、３ａに金属製の断面円形をなす支持棒２５、２５が挿通され、これらの支持棒２５、２５の両端部は、支持棒１３と同様に端板１１、１２（図４参照）の支持凹部に嵌合されている。したがって、内周側補助孔部３ａ、３ａの縁部は各１点の支持点Ｓ５、Ｓ５で支持棒２５、２５に支持されるようになる。
この第９の実施例によっても前記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
（第１０の実施例）
図１３は本発明の第１０の実施例であり、前記第１の実施例（図１）と異なるところは、磁気的凹部８における磁石挿入孔部３、３の外周側補助孔部３ｂ、３ｂに金属製の断面円形をなす支持棒２６、２６が挿通され、これらの支持棒２６、２６の両端部は、支持棒１３と同様に端板１１、１２（図４参照）の支持凹部に嵌合されている。
この第１０の実施例によっても前記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
（第１１の実施例）
図１４は本発明の第１１の実施例であり、これは第９の実施例と第１０の実施例とを組み合わせたもので、磁気的凹部８における磁石挿入孔部３、３の内周側補助孔部３ａ、３ａおよび外周側補助孔部３ｂ、３ｂに支持棒２５、２５および２６、２６が挿設されたものである。
この第１１の実施例によれば、前記第９および第１０の実施例に比し遠心力強度を一層維持することができる。
【００３０】
（第１２の実施例）
図１５は本発明の第１２の実施例であり、これは第２の実施例と第１１の実施例とを組み合わせたもので、磁気的凹部８における空洞部７に支持棒２１が挿設され、かつ、磁石挿入孔部３、３における内周側補助孔部３ａ、３ａおよび外周側補助孔部３ｂ、３ｂに支持棒２５、２５および２６、２６が挿設されたものである。
この第１２の実施例によれば、前記第２、第１１の実施例に比し遠心力強度をより一層維持することができる。
【００３１】
（第１３の実施例）
図１６は本発明の第１３の実施例であり、前記第１の実施例（図４）と異なるところは、端板１１、１２に支持棒２７、２８を溶接により一体に取付けられ、これらの支持棒２７、２８が支持棒１３の代わりに空洞部７に挿入されている。したがって、支持棒２７、２８の各一端部は、端板１１、１２に一体化されることにより規制されるものである。
この第１３の実施例によっても、前記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
（第１４の実施例）
図１７は本発明の第１４の実施例であり、前記第１の実施例（図４）と異なるところは、パイプ状の支持棒２９が支持棒１３の代わりに空洞部７に挿入されており、その両端部が端板１１、１２に一体に形成された支持突起３０、３１に嵌合されて規制されるようになっている。
この第１４の実施例によっても、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
（第１５の実施例）
図１８は本発明の第１５の実施例であり、前記第１の実施例（図４）と異なるところは、支持棒１３の両端部にテーパ部１３ａ（一方のみ図示）が形成されており、その両端部が端板１１、１２に一体に形成されたテーパ状の支持凹部１２ｂ（一方のみ図示）に圧入されて規制されるようになっている。
この第１５の実施例によっても、前記第１の実施例と同様の効果を得ることができ、特に、支持棒１３の端板１１、１２に対する支持が確実になる。
【００３４】
（第１６の実施例）
図１９は本発明の第１６の実施例であり、前記第１の実施例（図４）と異なるところは、支持棒１３の両端部が先端部が径小な段付部３ｂ（一方のみ図示）に形成されており、その両端部は、端板１１、１２に一体に形成された挿通孔１２ｃ（一方のみ図示）を貫通して外側に突出し、その突出端部がかしめられてかしめ部１３ｃとされて規制されるようになっている。
この第１６の実施例では、端板１１（図４参照）は、回転軸１４に溶接などにより一体に形成されるようになっており、したがって、ワッシャ１８およびナット１９は不要になる。
【００３５】
尚、本発明は上記しかつ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、支持棒は非磁性材で形成してもよく、また、第１の実施例から第１６の実施例の技術を適宜組合せて実施し得るなど、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、以上説明したように、永久磁石の磁束漏洩による性能の低下を防止しながらも、遠心力強度も維持することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を示す腰部の拡大断面図
【図２】 主要部の拡大断面図
【図３】 回転子の横断面図
【図４】 回転子の縦断面図
【図５】 本発明の第２の実施例を示す図２相当図
【図６】 本発明の第３の実施例を示す図２相当図
【図７】 本発明の第４の実施例を示す図２相当図
【図８】 本発明の第５の実施例を示す図２相当図
【図９】 本発明の第６の実施例を示す図２相当図
【図１０】 本発明の第７の実施例を示す図３相当図
【図１１】 本発明の第８の実施例を示す図３相当図
【図１２】 本発明の第９の実施例を示す図１相当図
【図１３】 本発明の第１０の実施例を示す図１相当図
【図１４】 本発明の第１１の実施例を示す図１相当図
【図１５】 本発明の第１２の実施例を示す図１相当図
【図１６】 本発明の第１３の実施例を示す図４相当図
【図１７】 本発明の第１４の実施例を示す図４相当図
【図１８】 本発明の第１５の実施例を示す図４部分相当図
【図１９】 本発明の第１６の実施例を示す図１８相当図
【図２０】 従来例を示す図３相当図
【図２１】 図１相当図
【符号の説明】
図面中、１は回転子、２は回転子鉄心、３は磁石挿入孔部、３ａは内周側補助孔部、３ｂは外周側補助孔部、４は永久磁石、５はブリッジ部、６はチップ部、７は空洞部、８は磁気的凹部、９は磁気的凸部、１１および１２は端板、１３支持棒、１４は回転軸、２０は空隙、２１および２２は支持棒、２３および２４は空洞部、２５ないし２９は支持棒を示す。

Claims (3)

1. 固定子巻線を有する固定子と、両端部に端板を備えた回転子鉄心を有する回転子とを具備し、
   前記回転子は、
   前記回転子鉄心の外周部に外周に向かうに従って対向距離が順次大となるように設けられた一対の磁石挿入孔部と、
   これらの一対の磁石挿入孔部に挿入固定された永久磁石と、
   前記回転子鉄心に前記一対の永久磁石間に位置して設けられた空洞部と、
   この空洞部に挿通され、端部が前記回転子鉄心の両端板により規制される断面楕円形又は断面略三角形をなす支持棒とを備え、
   前記空洞部の縁部は、複数点で支持棒に支持されるようになっていることを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
2. 固定子巻線を有する固定子と、両端部に端板を備えた回転子鉄心を有する回転子とを具備し、
   前記回転子は、
   前記回転子鉄心の外周部に外周に向かうに従って対向距離が順次大となるように設けられ、内周側端部に内周方向に延びる内周側補助孔部を有し且つ外周側端部に外周側に延びる外周側補助孔部を有する一対の磁石挿入孔部と、
   これらの一対の磁石挿入孔部に挿入固定された永久磁石と、
   前記回転子鉄心に前記一対の永久磁石間に位置して設けられた空洞部と、
   前記内周側補助孔部に挿通され、端部が前記回転子鉄心の両端板により規制される支持棒とを備えて構成されていることを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
3. 固定子巻線を有する固定子と、両端部に端板を備えた回転子鉄心を有する回転子とを具備し、
   前記回転子は、
   前記回転子鉄心の外周部に外周に向かうに従って対向距離が順次大となるように設けられ、内周側端部に内周方向に延びる内周側補助孔部を有し且つ外周側端部に外周側に延びる外周側補助孔部を有する一対の磁石挿入孔部と、
   これらの一対の磁石挿入孔部に挿入固定された永久磁石と、
   前記回転子鉄心に前記一対の永久磁石間に位置して設けられた空洞部と、
   前記外周側補助孔部に挿通され、端部が前記回転子鉄心の両端板により規制される支持棒とを備えて構成されていることを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。

Images